チップ上光配線のための極低消費電力・高速動作メンブレンレーザの研究

用于片上光互连的超低功耗高速运行薄膜激光器研究

• 批准号: 15J04654
• 负责人: 平谷 拓生
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04654/
• 关键词: 半導体レーザ; 薄膜レーザ; DFB; DR

本研究では、LSIチップ内部の長距離配線における課題を解決するために薄膜光集積回路の導入を検討しており、その光源であるメンブレンレーザの高性能化を主目的としている。昨年度までに、分布反射型構造を導入した構造を提案・作製しこれまでの約2倍程度の微分量子効率を実現した。しかしながら、理論値と実験値の間には6倍程度の大きな差が生じていた。また、昨年度までは静特性の評価のみにとどまっており、動特性についても評価が必要であった。これらの点を踏まえ、今年度はメンブレンレーザの低しきい値電流、高効率および高速動作の実現を目指した。これに加え、チップ上応用では必須となる高温動作化に向けて温度特性についても検討した。まず、光取り出し効率が低い理由としては、活性DFB領域で決まる発振波長と受動DBRのブラッグ波長が一致していないことによる反射率の低下や前方に集積された受動光導波路における損失の影響などが考えられる。今回、発振波長とDBRのブラッグ波長が一致するようにそれぞれの領域の回折格子周期を設計した。また、導波路の影響を無視できるように、活性DFB領域において劈開を行った。その結果、DFB領域長61 μmの素子において、しきい値電流0.48 mA、前面外部微分量子効率26%の低しきい値電流・高効率動作が得られた。この効率はこれまでに報告されたSi基板上GaInAsP/InPメンブレンレーザの中で最大である。さらに、この素子を用いて動特性の評価を行ったところ3dB帯域として9.7GHzという値が得られ10Gb/s動作に十分な帯域を確認した。10Gb/sの信号伝送実験においては、雑音の影響でエラーフリー動作は得られなかったが、端面反射の抑制などにより改善可能である。最後に、DFB領域長30μmの素子について温度特性の評価を行い、1mA以下のしきい値電流で90℃までの連続発振を実現した。

This study aims to solve the problem of long distance wiring in LSI chips. The main purpose of this study is to improve the performance of thin film light collector circuits. In the past year, the differential quantum efficiency of distributed reflection structure has been realized. The difference between the theoretical value and the theoretical value is 6 times larger than that between the theoretical value and the theoretical value. For example, in the past year, the evaluation of static characteristics was necessary, and the evaluation of dynamic characteristics was necessary. This year's high efficiency, low current, and high speed operation are the key points. The temperature characteristic of the high temperature operation is discussed. The reason for the low reflectivity of the active DFB domain is that the emission wavelength of the active DFB domain is consistent with the wavelength of the passive DBR. The reflectivity of the active DFB domain is low, and the effect of the loss of the passive optical waveguide is low. The reflection and transmission wavelengths are consistent with the reflection lattice period of the DBR. The influence of waveguide is ignored, and the active DFB field is cleaved. As a result, the DFB field length is 61 μm, the electron current is 0.48 mA, the front external quantum efficiency is 26%, and the electron current is low. The ratio of GaInP/InP on Si substrate is the highest. The evaluation of the dynamic characteristics of these components is confirmed in the 3dB band up to 9.7GHz and in the 10Gb/s band up to 10dB. 10Gb/s signal transmission is affected by noise and action, and end reflection is suppressed. Finally, DFB field length of 30μm element temperature characteristics of the evaluation, 1mA below the value of the current to 90℃ continuous vibration is realized

项目成果

GaInAsP/InP Membrane DR Lasers with Low Differential Resistance

具有低微分电阻的 GaInAsP/InP 膜 DR 激光器

• 发表时间: 2017
• 作者: Nagisa Nakamura;Takahiro Tomiyasu;Takuo Hiratani;Daisuke Inoue;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;and Shigehisa Arai
• 通讯作者: and Shigehisa Arai

(Invited) Membrane Photonic Integration on Si Platform

（特邀）Si平台上的膜光子集成

• 发表时间: 2015
• 作者: Tomohiro Amemiya;Takuo Hiratani;Daisuke Inoue;Takahiro Tomiyasu;Kai Fukuda;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

90 °C continuous-wave operation of GaInAsP/InP membrane distributed-reflector laser on Si substrate

Si 衬底上 GaInAsP/InP 膜分布反射器激光器的 90 °C 连续波运行

• DOI: 10.7567/apex.10.032702
• 发表时间: 2017
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takuo Hiratani;Daisuke Inoue;Takahiro Tomiyasu;Kai Fukuda;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

Preliminary reliability test of lateral-current-injection GaInAsP/InP membrane distributed feedback laser on Si substrate fabricated by adhesive wafer bonding

硅衬底侧向电流注入GaInAsP/InP薄膜分布式反馈激光器初步可靠性测试

• DOI: 10.7567/jjap.56.028002
• 发表时间: 2017
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kai Fukuda;Daisuke Inoue;Takuo Hiratani;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

Temperature Dependence of Threshold Current of GaInAsP/InP Membrane DFB Lasers by Bragg Wavelength Detuning

布拉格波长失谐的 GaInAsP/InP 膜 DFB 激光器阈值电流的温度依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: Kai Fukuda;Daisuke Inoue;Takuo Hiratani;Takahiro Tomiyasu;Tatsuya Uryu;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;and Shigehisa Arai
• 通讯作者: and Shigehisa Arai